大跨度预应力混凝土箱梁静载试验研究

包振亮

（广州诚安路桥检测有限公司，广东 广州 510000）

0 引言

随着我国桥梁建设事业的飞速发展，越来越多的新技术、新工艺不断涌现，也给桥梁结构的安全带来不少新问题。因此，桥梁检测日显重要，它可为既有桥梁结构使用性能和残余寿命的评估提供科学依据，对掌握桥梁结构的工作性能、判断桥梁结构实际承载能力有着重要意义。目前，桥梁静载试验是桥梁检测中应用最为广泛和最有效的方法和手段。鉴于此，结合工程实例，对桥梁静载试验进行探讨，以期为相关工程提供参考和借鉴。

1 工程概况

某应用预应力混凝土作连续箱梁的工程，其主要跨径为25m、30m、25m，部分跨径为28m、35m、28m；30m、35m、30m。由工程建设单位、施工单位、监理单位及设计单位对其实际安全性和可承载力进行有效的判断，对该桥梁工程A1.8标段Pm7～Pm10的跨径为30m、35m、30m的连续箱梁进行静载试验，其目的在于：a）研究在静载试验中，连续箱梁产生的预应力和应变力；b）研究在静载试验中，连续箱梁形成的支座变形力和竖向变形力；c）研究在静载试验中，连续箱梁裂缝的产生原因。

2 静载试验与加载工序

2.1 静载试验

2.2 加载工序

跨径呈对称关系，其Pm7与Pm8间交通不能有效封闭，因此在试验时，需对Pm7～Pm10间不相通的部分进行静力加载，其加载要求如下：a）该桥梁边跨跨中处于正弯矩最大值；b）Pm9墩顶处于负弯矩最大值；c）该桥梁中跨跨中处于正弯矩最大值。本次静载试验，主要是依据上述要求来进行，设置了三种不同的加载方式，具体情况如图1～图3所示。注意只有当加载完全卸载之后，才能进行重复加载试验，以提高测量和读数的准确性。

图1 工况1：边跨8辆车对称加载布置

图2 工况2：边跨4辆车偏心加载布置

图3 工况3：边跨、中跨各4辆车对称加载布置

2.3 计算荷载率

该连续箱梁静载试验的荷载效率计算公式如下：

式中，Ss是在静载试验中，桥梁荷载条件下控制横截面的内力值；S是冲击系数中，桥梁荷载条件下控制横截面最差的内力值。

依据静载试验要求，需对测试连续箱梁各断面弯矩的影响线进行静载试验，主要以汽车—20级来实现加载计算，其前轴重量为70kN，后轴重量为130kN。在静载试验计算过程中，需对荷载弯矩值和弯矩最大值进行比较分析，以获取静载试验每个加载工序的荷载率，具体情况如表1所示。从表1可知，该桥梁每个加载工序荷载率均为0.8≤η≤1.05，符合静载试验标准。

表1 静载试验加载工序荷载率

2.4 试验设备

该桥梁工程在静载试验过程中，用于桥梁应变力测试的设备主要有YJR5型静态电阻的应变仪及电阻应变片；用于挠度测试的设备为挠度计。

2.5 静载试验的结果

通过对该桥梁进行静载试验，得出每个加载工序试验结果，其中桥梁挠度和支座变形均遵循“向下为正值而向上为负值”的原则，而应力值则遵循“受拉为正值而受压为负值”的原则。

2.5.1 加载工序1

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该桥梁加载工序1的支座变形试验结果如表2所示。实测边跨跨中箱梁应力值和跨中挠度值如表3所示。

表2 加载工序1的支座变形试验结果 单位：mm

表3 工况1应力及挠度测试结果

2.5.2 加载工序2

在进行加载工序2的同时，需对桥梁偏心加载进行有效的测试，应按照偏心加载系数要求，选择适宜的偏心加载值。将4辆车放置在桥梁北边车道上，以对其边跨箱梁的预应力和跨中箱梁的挠度进行检测，具体情况如表4所示。

表4 加载工序2的应力与挠度测试结果

2.5.3 加载工序3

依据桥梁Pm9墩顶最大值，于桥梁中跨及边跨对应位置采取4辆车加载措施，其周围断面箱梁的应力试验结果如表5所示。

表5 加载工序3应力试验结果

2.5.4 裂缝测试

在该桥梁进行静载试验之前，工作人员已经对其裂缝进行了详细的勘察，但在整个试验过程中，试验人员仍需对裂缝进行严密的观察。一般情况下连续箱梁裂缝宽度应为0.1～0.2mm，除特殊情况外，均为不连续裂缝。通常情况下，连续箱梁翼板存在的横向裂缝位置会有白色物体渗出，主要是由于桥面渗水引起的。在桥梁静载试验过程中，桥梁裂缝未发生任何扩大现象。

3 静载试验结果分析

3.1 边跨跨中与中跨跨中试验结果分析

从试验结果可知，该连续箱梁应力平均值分别为计算值的68%及70%；桥梁挠度平均值分别为计算值的52%及57%。试验结果表明，该箱梁刚度要大于设定值，其除了受到设定安全度及可靠性影响外，还受到工程设计和施工的影响，具体如下：

a）由于设计人员把工程空间计算方式转换成为平面计算方式，所以其用于桥梁横向布局的理论、数值、计算方式等，都会对连续箱梁横截面承载力计算结果造成影响，让桥梁横向布局实际数值比理论值小；

b）将连续箱梁中的防撞墙和桥面作为主梁内力运算的外部载荷，但是却没有对其在主梁中形成的抵抗力以及对桥梁结构刚度形成的提高作用进行充分考虑；工程实况表明，桥梁桥面上均铺设有一层钢筋网，对提高桥梁刚度能起到重要作用；

c）由于连续箱梁内有横隔板，设计人员只对其外荷载值进行计算，而忽略了其具有的抗力，导致反力在箱梁中扩散和分布，实际弯矩值和设计弯矩值存在较大的差异；

d）在工程设计中，主要以点或者线作为支承梁体设计，若梁端可以随意移动，梁体支座由橡胶板构成，并与桥面相连接，那么箱体两边支承约束力就会增加，而梁体横截面内力会减少；

e）桥梁边跨南边和北边的挠度差距为30%，主要因为Pm9至Pm10间存在一条道桥，桥面连续，并在静载试验中起着受力作用，使得桥梁南边严重变形；在中跨静载试验中，桥面和匝道桥已经出现分离状态，匝道在静载试验受力中的作用有所减弱，与实际差异较小。

3.2 桥梁偏心加载试验结果

该桥梁在静载试验过程中，偏心加载值计算公式如下：

（加载工序1/2＋加载工序2）／应力值定值＝（1.04/2＋0.958）／1.38＝1.07

（加载工序4/2＋加载工序5）／应力值定值＝（0.921/2＋0.712）／1.22＝0.96

该桥梁偏心加载值设定为1.10，而试验结果为1.10＞1.07＞0.96，表明该桥梁偏心加载值符合工程要求，偏心加载值较为安全。

3.3 桥梁支座变形值

静载试验结果表明，除了桥梁Pm8－B的支座变形值为0.15mm之外，其余的支座变形值都在0.1mm以下，比限定变形值要小很多。桥梁Pm8－B的支座变形值较大的原因主要是其平面布局不对称所致。

3.4 桥梁裂缝值

该桥梁裂缝原有宽度为0.1～0.2mm，且呈不连续状态。在静载试验过程中，没有发现裂缝有任何扩展现象，表明桥梁结构受力和裂缝无关。但是经观察发现，桥梁裂缝有白色钙化物渗出，究其原因，主要是由于该桥梁施工时期，温差较大、养护不周而导致的干缩性裂缝出现，再者桥面防水较差，导致水自裂缝渗出。

4 结语

总而言之，静载试验具有简便、检测的准确性和效率高等优势，可以有效地反映桥梁的承载能力，确保桥梁的安全性与可靠性。但需要注意的是，在试验中，检测工作者必须明确试验目的，遵循一定的程序；在试验开展之前还要注意试验对于交通状况的影响；同时为减少检测中的主观性，必须进行严密的准备和组织工作。

[1]王俊伟.30m混凝土连续箱梁静载试验研究[J].科技情报开发与经济，2011，9（4）：187-191.

[2]刘畔.静载试验在桥梁检测中的应用[J].黑龙江交通科技，2012，8（5）：67-68.